棒材3#飞剪剪切控制及改进措施

棒材3#飞剪剪切控制及改进措施摘要：棒材生产在穿水轧制过中，因信号检测系统不能正常工作，引起3#飞剪误动作或者不动作，不能满足生产设备的控制要求，基于此对3#飞剪的剪切控制原理进行介绍，并分析影响飞剪剪切精度及稳定性的原因以及总结改进方法。

经过实际应用和不断改进，现在3#飞剪已经达到工作稳定、剪切精度高、便于维护、能获得较大的产品收得率。

关键词：3#飞剪热金属检测器脉冲编码器光幕改进一、前言棒线厂第一作业区轧制生产线由18台轧机和3套飞剪组成。

1#飞剪是起停式曲柄剪，位于6#轧机后，用于粗轧坯的切头和事故碎断；2#飞剪是起停式回转剪，位于12#轧机后,用于中轧切头和切尾；3#飞剪是起停式倍尺飞剪，用于棒材产品的倍尺分断，是棒材生产线的咽喉，与棒材生产工艺结合非常紧密，其性能是否优良，运行是否可靠对整个生产线的作业率和产品收得率有着至关重要的影响。

棒线厂在投产后为了适应市场需求，大批量生产Ⅲ级热轧带肋钢筋，在工艺上采用了穿水轧制等棒材生产的新技术。

轧制工艺改为穿水轧制后，轧件的表面温度由原来的1000℃左右降低至300℃左右；而且在穿水轧制中，易产生大量的水蒸汽，这些因素容易造成3#飞剪信号采集出错，造成3#飞剪误动作或者不动作。

3#飞剪动作的正常与否直接影响下游设备的动作。

出现异常时会引起堆钢以及造成设备损坏，造成停车,加大精整工人的劳动强度，直接影响了生产作业率和产品成材率等经济指标。

基于上述原因对其做出相应的改进和完善，抑制了外界环境因素所造成不利的影响，保证了正常剪切并且提高了剪切精度，达到了预期目的。

二、3#飞剪控制系统1、硬件配置电机：采用了低惯量他励电动机，型号为ZTFS-315-42，额定功率为280KW，额定电枢电压为440V，额定电枢电流为704A，额定转速为650r/min，励磁电压为220V，励磁电流为24A。

主传动：美国GE公司全数字直流调速装置6KDV31350Q4F40D3型。

检测元件：热金属检测器（HMD0、HMD1、HMD2）、轧线出口脉冲编码器、电机轴脉冲编码器。

PLC系统：CPU、高速计数器模块（HSC）、轴定位模块（APM）、数字输入输出模块（DI/DO）以及电源模块等。

改进前控制系统硬件布置如图1所示：（图1）M—电动机DRIVE—全数字直流传动HMD0—热金属检测器HMD1—热金属检测器HMD2—热金属检测器PG—电动机脉冲编码器APM—轴定位模块HSC—高速计数器模块2、剪刃位置控制和飞剪的工艺要求2.1剪切工艺对飞剪的基本要求在剪切轧件时，飞剪剪刃在轧件运动方向的分速度v x应该与轧件运动速度v0相等或稍大，v x=（1～1.03）v0，即应以同步速度进行剪切。

若v x﹤v0，则剪刃将阻挡轧件前进，造成轧件弯曲甚至轧件缠刀事故；若v x比v0大得多，剪刃将使轧件产生较大的拉应力，影响轧件的剪切质量，同时增加飞剪的冲击负载。

2.2剪刃位置控制飞剪控制系统中，剪刃的位置是用角度表示的剪刃的位置是随传动电机按一个方向旋转，旋转一周为360°，剪刃的运动轨迹见图2。

（图2）A Y—剪刃切入角的位置Ax—剪刃剪出角的位置Az—原位剪刃从原位Az加速至剪刃切入角A Y的位置，为剪切过程的加速区（v飞剪﹤v轧件），到达剪切范围后稳速运行，剪切过程进入同步区，此时剪刃速度和轧件速度同步或剪刃速度约高于轧件速度（0～3%），实施剪切，并且剪刃继续稳速运行，直到剪刃到达剪出角Ax后完成全部剪切过程，开始减速，并执行剪刃自动定位控制，直至停止在原位，准备下一次剪切。

整个剪切过程中，飞剪剪刃位置控制是由APM轴定位模块与直流传动装置共同组成的高精度的控制系统完成，剪刃位置检测由飞剪电机轴端增量编码器与原位标定接近开关共同完成。

2.3轧件长度测量及分段长度控制2.3.1轧件长度测量轧件长度:L= NL PPN：成品轧机编码器输出脉冲增量L PP：脉冲当量，即单位脉冲对应的轧件长度L PP的计算方法：辊径优先和测量优先（1）辊径优先：即L PP= ×D w/(P PR×i)L PP：脉冲当量D w：工作辊径P PR：编码器每转脉冲数i：轧机减速箱速比（2）测量优先：即L PP=L/NL：HMD1～HMD2之间的距离N：轧件头部通过HMD1～HMD2时记录的脉冲数2.3.2分段长度控制分段长度:L c=（L d×N d+L a）/ KL d：定尺长度，按实际冷剪定尺长度设定N d：倍尺根数L a：附加长度，按冷剪齐头、齐尾长度及飞剪剪切误差、HMD1～HMD2间距离测量误差等因素设定K：冷缩率，为轧件冷态长度与热态长度的比值，0.98～0.99。

当前分段长度对应的脉冲数量N c=( L c /L)×N分段剪切控制：当轧件的头部通过L这段距离时PLC系统共测得N个脉冲数量，分段长度为L c，则当前分段长度所对应的脉冲数量为Nc。

当HMD1检测到轧件信号至轧件通过HMD2的这一段距离内由HMD2发出两路高电平信号分别送到飞剪控制系统和高速计数模块，这时高速计数模块开始采集成品出口机架电机编码器的脉冲数量，并与当前分段长度对应的脉冲数量进行比较，在达到分段长度所对应的脉冲数量时，3#飞剪电机开始动作，剪切出预期的分段长度。

三、穿水轧制后3#飞剪剪切不稳定的原因1、原因分析由上述飞剪剪切控制我们认真分析加以总结，最后得出：3#飞剪的关键设备是两个金属检测器HMD1、HMD2和出口机架电动机脉冲编码器以及飞剪电动机脉冲编码器。

在整个剪切过程中如果信号采集出错，就会造成倍尺长度计算不准，飞剪剪切动作提前或滞后，甚至不剪切等故障，严重影响轧钢节奏和成材率。

1.1热金属检测器自从工艺上采用穿水轧制后，轧件的表面温度由原来的1000℃左右降低至300℃左右，而金属检测器在被测物体温度低于500℃时就检测信号不稳定，所以HMD2检测不到有钢信号；同时在穿水轧制过程中，易产生大量的水蒸汽，造成金属检测器信号闪断或检测不准，上述原因破坏了剪刀机正常工作的条件，导致3#飞剪不剪切。

1.2电机编码器3#飞剪电机的编码器控制着飞剪的剪切速度和剪刃定位，若编码器出现故障则会出现堆钢事故，因编码器的电源出现问题而导致的跳闸事故是较为常见的原因。

编码器的工作电源取自数字调速装置。

通过对比发现：不同的数字调速装置所提供的编码器电源的电压存在着差异，即使是同一台数字调速装置所提供的电源电压也不稳定，而编码器工作在一个电源不稳定的条件下，它的数据反馈也就变得不稳定甚至是错误的，最终出现速度反馈信号丢失而跳闸。

四、改进措施改进方案的思路主要是：以简单可行、稳定运行、投入少、并能确保实现3#飞剪的全部功能。

1、HMD1检测元件的改进HMD1安装在穿水系统前不远处容易受到水蒸汽影响而检测不到信号，针对此原因，在检测元件箱至检测口加装压缩风管，采用压缩空气进行吹扫检测口，清除水雾和渣子，保证HMD1不受外界环境的影响。

2、HMD2检测元件的改进2.1光电检测元件的选择基于上述3#飞剪剪切不稳定的原因分析，我们通过对比测试不同的光电检测元件，从中选出比较适合穿水轧制工艺的检测元件。

介于面积传感器（光幕）可以在较宽的视场范围内检测很小的目标，并且不受被测物体温度高低的影响，满足穿水轧制的需求，最后选定光幕替换金属检测器HMD2。

2.2控制条件由于光幕输出只有一组输出信号，而控制系统需要两个高电平信号，一个送至PLC系统，一个送至高速计数器。

为了保证改进的光电检测元件能同时输出两个高电平信号，满足控制条件，我们新增输出接点采取了以光幕输出信号推动一个外接的带两常开、两常闭触点的中间继电器给出两个高电平信号，这样就可以满足控制要求。

电气原理图如图3所示：（图3）2.3安装在光幕安装过程中，因检测元件的安装位置是与控制系统中的运算值相对应的，因此在现场安装上，只要把改制的光幕安装于原HMD2的位置处（如图4所示）即可满足使用要求。

但是在后来的使用中，发现在工艺上采用穿水轧制容易产生大量的水和水蒸汽干扰HMD2检测信号，同样破坏了3#飞剪的工作条件，为此提出了新的改进方案：将HMD2的安装位置由3#飞剪前移到3#飞剪后（如图5所示），并对PLC程序进行相应的修改，最终实现了3#飞剪的稳定运行。

（图4）改进前HMD安装位置2安装位置（图5）改进后HMD22.4程序修改HMD2安装位置改进后由原来飞剪前2500mm处迁至飞剪后3600mm处，这样一来HMD1与HMD2之间的距离也会相应的改变，HMD1与HMD2之间的距离由改进前25830mm变为31980mm。

在程序改动中因为HMD2的位置相对于飞剪位置发生了变化，H MD2到剪刃的距离在PLC程序中应该改为-3600mm，程序修改如下：2.4.1改进前PLC程序2.4.2改进后PLC程序：3、电机编码器工作电源改进针对电机编码器电源供电不稳定的问题，改进措施是：编码器的工作电源直接由直流24V稳压电源提供，从根源上解决了电源的不稳定性，确保了编码器的工作正常、稳定。

五、改进后的效果1、光电检测元件HMD2由热金属检测器改换为光幕，并将其移到3#飞剪后，避免了外界因素对信号的干扰因素，使得HMD2检测信号稳定，保证了3#飞剪的正常剪切。

现在3#飞剪已经达到工作稳定、剪切精度高、便于维护、能获得较大的产品收得率。

2、电机编码器编码器采用工作电源单独供电后，传动装置再也没有因为“速度反馈丢失”而跳闸堆钢，减少了停车时间,提高了作业率和成材率。

通过对3#飞剪控制功能的改进和完善，是3#飞剪剪切倍尺的精度大大的提高，并且再也没有因为3#飞剪不剪切造成停车而减少作业率。

进入轧线钢坯除正常切头切尾的损耗外，全部剪切为成品，直接提高了产品成材率，为生产企业带来了巨大的经济效益。